182
оказался равным ½. Чедвик установил, что обнаруженное немецкими физиками Боте и Бекером проникающее излучение, возникающее при бомбардировке атомных ядер, в частности бериллия, α-частицами, состоит из незаряженных частиц с массой, близкой к массе протона.
Идея о том, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, была впервые высказана в печати Д.Д.Иваненко (1932) [4] и непосредственно вслед за этим развита В.Гейзенбергом [5]. Протоны и нейтроны были объединены общим названием нуклоны. Теории протона и нейтрона, а также атомного ядра, состоящего из протонов и нейтронов, посвящено большое количество работ [6–26].
В дальнейшем теория атомного ядра стала усложняться. Были открыты новые частицы, более тяжелые, чем нуклоны, которые предположительно тоже должны входить в состав атомных ядер. Эти частицы были обнаружены в ядерных реакциях при бомбардировке ядер частицами высоких энергий.
В соответствии с теорией относительности и квантовой механикой было решено, что для изучения атомного ядра необходимо бомбардировать их частицами высоких энергий, для чего были построены ускорители высоких энергий. В 70-х годах энергии частиц, разогнанных на ускорителях, составили десятки и сотни миллиардов электрон-вольт (ГэВ). Считается и сейчас, что высокие энергии открывают возможность изучения строения материи на тем меньших расстояниях, чем выше энергия сталкивающихся частиц. Ускорители существенно увеличили темпы получения все новых «элементарных частиц». Были получены тяжелые античастицы – антипротон (1955), антинейтрон (1956), антисигма-гипероны (1960). В 1964 г. был открыт самый тяжелый гиперон с массой около двух масс протона. В 60-х годах на ускорителях было открыто большое число крайне неустойчивых частиц, получивших название «резонансов», массы большинства из них превышают массу протона. В 70-х годах число вновь открытых частиц с самыми неожиданными свойствами резко увеличилось. Для описания этих новых свойств оказалось необходимым ввести ряд новых понятий, таких как «странность», «очарование» и т.п.
В настоящее время стала модной теория кварков [23], согласно которой тяжелые частицы построены из различных комбинаций «истинно элементарных» частиц – трех кварков и трех антикварков, каждый из которых имеет массу порядка пяти протонных масс. Соединение кварков между собой приводит к преобразованию масс кварков в энергию связи, в результате, соединившись, например в протон, три кварка, имеющий каждый по 5 протонных, а в сумме 15 протонных масс, сохраняют в виде массы только одну протонную
183
массу, остальные 14 протонных масс преобразуются в энергию связей кварков между собой. Правда, в экспериментах кварков так и не нашли…
Наряду с рассмотрением атомного ядра, как состоящего из элементарных частиц, был выдвинут ряд ядерных моделей, т.е. приближенных методов описания, основанных на отождествлении ядра с какой-либо системой, свойства которой либо хорошо изучены, либо поддаются сравнительно простому теоретическому анализу. Таковы, например, ядерные модели вырожденного ферми-газа, жидкой капли, ротатора (волчка), оболочечная модель и др.
Для объяснения ядерных сил, связывающих нуклоны в ядрах (сильное ядерное взаимодействие), также использованы различные модели. В 1935 г. японский физик Х.Юкава высказал гипотезу, согласно которой нуклоны обмениваются друг с другом некоторой частицей, обладающей массой и являющейся переносчиком ядерных сил [24]. Подобная гипотеза независимо выдвигалась И.Е.Таммом и Д.Д.Иваненко . Такая частица была обнаружена в 1947 г. и названа π-мезоном. Но в дальнейшем выяснилось, что нужно привлечь для объяснения сильного взаимодействия и ряд других частиц. Считается, что определенный вклад в сильное взаимодействие дают и сами нуклоны. Частицы, участвующие в сильном взаимодействии (адроны), окружены облаками мезонов. Р.Фейнманом была выдвинута модель «партронов», в которой предполагается, что адроны в неупругих соударениях ведут себя как совокупность точечных частиц – «партронов», некоторым образом распределенных по импульсам. В качестве партронов можно рассматривать кварки, считая, что адроны помимо трех кварков содержат также облако кварков-антикварков.
В связи с изложенным целесообразно дополнительно вспомнить об истории открытия нейтрино – электрически нейтральной элементарной частицы, имеющей массу покоя, много меньшую, чем масса покоя электрона. Открытие нейтрино, по мнению физиков, принадлежит к числу наиболее ярких и вместе с тем трудных страниц в физике ХХ в.
Впервые в экспериментальной физике нейтрино проявилось в 1914 г., когда английский физик Дж.Чедвик обнаружил, что электроны, испускаемые при β-распаде атомных ядер, имеют непрерывный энергетический спектр. Это явление находилось в явном противоречии с теорией квантов и приводило к нарушению закона сохранения энергии.
В 1930 г. швейцарский физик В.Паули в письме участникам семинара в Тюрингеме сообщил о своей «отчаянной попытке» спасти закон сохранения энергии. Паули высказал гипотезу о существовании
